UWB、WiMAX和UMTS應(yīng)用推動(dòng)天線技術(shù)發(fā)展

雷達(dá)天線在我們?nèi)粘９ぷ髦衅鹬陵P(guān)重要的作用。許多雷達(dá)天線由能發(fā)射和接收高能量脈沖的反射體和天線饋源簡(jiǎn)單組成。發(fā)射脈沖的到達(dá)時(shí)間(TOA)、到達(dá)角度(AOA)及其它特征給出了物體的準(zhǔn)確位置及移動(dòng)速度。在海運(yùn)、國防、航空及其它數(shù)不清的應(yīng)用中采用雷達(dá)天線。因?qū)μ炀€持續(xù)的需求，市場(chǎng)有包括羅德施瓦茨(Rhode & Schwarz)和Garmin等多家供應(yīng)商。例如，M/A-COM公司提供一款2×2的互補(bǔ)陣列雷達(dá)測(cè)高天線，據(jù)說工作于4.2到4.3 GHZ頻率、峰值增益大于7.0dBi，在±22.5度的范圍內(nèi)，其平均增益大于4.5dBi。另一款Rozendal Associates公司的雷達(dá)測(cè)高天線標(biāo)稱工作于4.2到4.4 GHZ頻率，在50?范圍內(nèi)，具有3dB的束寬和10dBi增益。  

這種雷達(dá)天線能很好地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能。但與為移動(dòng)應(yīng)用設(shè)計(jì)的天線相比，這些天線的體積要大得多。例如，在可嵌入式片狀天線領(lǐng)域，Antenna Factor公司最近發(fā)布了兩款新型號(hào)(圖1)。通過采用多層、低溫共淬火陶瓷技術(shù)(LTCC)，其片狀天線能做到16×3×2 mm。這兩款天線具有50Ω的特征阻抗、具有全向模式，其增益比采用線性極化的單位增益高；其可用帶寬分別為：10MHz(868和916MHz) 和 180MHz(2.45 GHz)。藍(lán)牙、IEEE 802.11、遙測(cè)、數(shù)據(jù)采集、工業(yè)過程監(jiān)測(cè)和替代外接天線應(yīng)用的場(chǎng)合只是其為數(shù)眾多的目標(biāo)應(yīng)用中的幾例。  

在蜂窩天線領(lǐng)域，一個(gè)新寬帶天線要同時(shí)滿足頻帶的高低兩段，以確保可靠覆蓋通話的上/下行兩端。EMS Technologies公司的Controllable Radiating Aperture(Cobra)垂直電控下垂定位(downtitl)天線系列產(chǎn)品是為1710到2180MHz頻段設(shè)計(jì)的。除傳統(tǒng)的1900MHz頻譜外，QuadPol Cobra天線還支持不久將開放的1700MHz和2100MHz頻段。所以，它不僅可繼續(xù)用在1900MHz頻段，也能用在新投入使用的UMTS頻段。 QuadPol Cobra以一個(gè)12寸寬的天線提供兩個(gè)極交叉45度的天線網(wǎng)絡(luò)。其整個(gè)面板的回波損耗是17.5 dB。  

Antenex公司也以其新三波段玻璃纖維天線滿足GSM/UMTS頻段的需要(圖2)。FGT880/21703天線鎖定多個(gè)頻段應(yīng)用，其頻率覆蓋范圍包括：GSM900(870到960MHz)、GSM1800(1710到1880MHz)和 UMTS(1900到2170MHz)。該天線引人注目之處是其有一個(gè)經(jīng)過紫外線處理能抵御陽光侵害的屏蔽罩，該天線在125英里/小時(shí)的風(fēng)速下，仍能安然無恙。  

超視域(Non-line-of-sight)寬帶無線同樣推動(dòng)了天線的發(fā)展。Pacific Wireless公司推出一款900MHz、120o水平束寬、13dBi增益的垂直極化扇形天線。這款名為SA9-120-13的天線工作于860到960MHz頻段。這些扇形天線由鋁擠壓成型工藝制造、結(jié)實(shí)堅(jiān)固，外套以一個(gè)抗紫外線的ABS屏蔽罩。  

Pacific Wireless用于860到960MHz頻段的Yagi系列天線產(chǎn)品有9、11和13dBi三種可選增益。這一超視域系列天線系統(tǒng)由不銹鋼制造。其中各部分都與主骨架永久焊在一起。通過確保天線表面的高傳導(dǎo)率，這些焊連在一起的部件具有更一致的信號(hào)表現(xiàn)。據(jù)稱，這些天線有很高的增益及很好的前后向(front-to-back)性能，能將外部干擾降至最小。  

上述所有產(chǎn)品都值得關(guān)注，但最近涌現(xiàn)出更先進(jìn)的天線技術(shù)。特別是“智能”天線吸引了業(yè)界廣泛關(guān)注。智能天線系統(tǒng)通過信號(hào)處理將不同天線部件整合在一起。這樣，它能根據(jù)信號(hào)環(huán)境自動(dòng)優(yōu)化采用的發(fā)射和接收模式。ArrayComm公司一直是該技術(shù)的先驅(qū)，其軟件目前被許多基站采用。   

  

在2006年，ArrayComm宣布與TI合作。ArrayComm的Network MIMO軟件已被用在TI的1GHz TMS320TCI6482信號(hào)處理器中。經(jīng)優(yōu)化后的這款DSP具有比其它方案快近一倍的時(shí)鐘速度，其功耗才3W。受惠于DSP的軟件可編程特性，用戶可升級(jí)自己的方案以滿足不斷變化標(biāo)準(zhǔn)的需要。對(duì)運(yùn)營商來說，將這些技術(shù)整合在一起，預(yù)期能將無線系統(tǒng)的覆蓋范圍擴(kuò)大4倍、數(shù)據(jù)速率增加一倍以上、容量擴(kuò)展10倍。  

ArrayComm、TI合作的第一個(gè)成果是WiMAX基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用的參考設(shè)計(jì)。在整合了ArrayComm的Network MIMO軟件后，該設(shè)計(jì)支持多輸入/多輸出(MIMO)、自適應(yīng)天線系統(tǒng)(AAS)和組合MIMO/AAS模式。軟件擔(dān)當(dāng)所有WiMAX天線子集處理任務(wù)，這些任務(wù)是WiMAX論壇移動(dòng)任務(wù)組(MTG)為IEEE 802.16e批準(zhǔn)的。  

另一家公司也信誓旦旦地表示要通過天線技術(shù)提升網(wǎng)絡(luò)能力。稱為DiversityPlus的RF芯片組產(chǎn)品線是圍繞Magnolia Broadband公司為CDMA、UMTS和 WiMAX移動(dòng)終端研制的算法設(shè)計(jì)的。它通過一種獨(dú)特的方式將來自兩個(gè)天線的發(fā)射信號(hào)整合在一起，無線運(yùn)營商在增加網(wǎng)絡(luò)容量的同時(shí)改善每個(gè)用戶的覆蓋范圍和數(shù)據(jù)速率。DiversityPlus算法內(nèi)置于基帶IC內(nèi)的ARM處理器中。4月，Magnolia Broadband宣布它與一位美國CDMA運(yùn)營商一道對(duì)DiversityPlus進(jìn)行了最終現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。測(cè)試結(jié)果顯示，該技術(shù)能將CDMA無線網(wǎng)絡(luò)的語音容量平均增加42%。  

當(dāng)然，天線也在測(cè)試應(yīng)用中發(fā)揮關(guān)鍵作用。Schaffner EMC公司新推出的雙脊寬帶角狀天線就是其中一例。這款名為BHA 9118的天線能工作于1到18 GHz。它包括一個(gè)精密N連接器以提供上佳的功率處理能力和平均電壓住波比(VSWR)，VSWR能達(dá)到1.5：1。在1 m條件下，BHA 9118的場(chǎng)強(qiáng)為250 V/m。其典型增益為5.5到15dBi。  

因天線覆蓋如此眾多的領(lǐng)域、加之新天線技術(shù)層出不窮，所以業(yè)界必須改進(jìn)天線評(píng)估方法。許多公司從事此類測(cè)試和測(cè)量工作。例如，Diamond Engineering發(fā)布了其第5版DAMS 6000天線測(cè)試系統(tǒng)。該軟件用雙軸精確運(yùn)動(dòng)和先進(jìn)3D測(cè)量軟件表度被測(cè)天線。該平臺(tái)能測(cè)量DC到18 GHz的頻率范圍。它提供360度水平旋轉(zhuǎn)和±45度升降移動(dòng)。第5版DAMS 6000能測(cè)試801種頻率、具有實(shí)時(shí)測(cè)量顯示、數(shù)據(jù)輸入/輸出功能及高分辨率3D圖形輸出。  

這樣的測(cè)量系統(tǒng)將有助于業(yè)界接納新的天線技術(shù)。傳統(tǒng)上，新天線的形態(tài)和功能脫胎于老的類似雷達(dá)天線那樣的系統(tǒng)。這些傳統(tǒng)天線及其應(yīng)用顯然仍至關(guān)重要。但隨著電訊業(yè)的發(fā)展，天線正以更迅猛的步伐發(fā)生改變。新一代天線的形態(tài)和功能將不停地改變以滿足蜂窩標(biāo)準(zhǔn)、超寬帶、WiMAX及其它應(yīng)用的需要。無論這些天線是否內(nèi)置軟件或采用最新的對(duì)頻率有選擇性的材料，業(yè)界都將集過去和現(xiàn)代天線技術(shù)的眾美于一身，為可預(yù)見的未來提供更好的天線。